Tabla de Contenidos
Oluşum ısısı, aynı zamanda oluşum entalpisi veya standart oluşum entalpisi olarak da adlandırılır, 1 mol kimyasal maddeyi oluşturan elementlerden standart hallerindeyken, yani 1 mol oluşturma işlemiyle ilişkili ısı miktarıdır. 25 °C’de en kararlı doğal hali. Bu anlamda, oluşum ısısı, 25 °C’de gerçekleştirilen bir kimyasal reaksiyonun ürünleri ve reaktanları arasındaki entalpi farkını temsil eder; burada tek ürün, ilgili maddenin 1 mol’üdür, reaktan veya reaktanlar ise elementlerdir. bahsedilen sıcaklıkta en kararlı doğal durumunda bahsedilen maddeyi oluşturur.
Oluşum entalpisi, Δ f H° X sembolü ile temsil edilir, burada f, bunun X maddesinin oluşum entalpisi olduğunu belirtir (X, oluşan maddenin kimyasal formülüne veya adına karşılık gelir) ve ° sembolü, standart reaksiyon koşullarını temsil etmek için kullanılır, bu durumda T = 25 °C veya 298,15 K.
Örneğin, suyun oluşum ısısı Δ f H° H2O olarak temsil edilir ve 25 °C’de gerçekleştirilen aşağıdaki reaksiyonun entalpi farkına karşılık gelir:
İyi uygulama notu: Geçmişte, oluşum entalpisini veya ısısını (yani, ΔH f ° X ) temsil ederken oluşumun f’sini H’nin bir alt simgesi olarak yerleştirmek yaygındı. Bununla birlikte, kavramsal olarak bu bir hatadır, çünkü entalpi (H), maddenin oluşum sürecinin değil, maddenin bir özelliğidir, bu nedenle f harfini taşımamalıdır. Öte yandan, son ve başlangıç durumları arasındaki bir farkı temsil eden Δ (delta) sembolü, oluşum süreciyle ilgilidir, bu nedenle şu anda f onun alt simgesi olarak yerleştirilmiştir.
oluşum reaksiyonları
Yukarıdaki, bir oluşum reaksiyonunun (suyun oluşum reaksiyonu) bir örneğidir. Bir oluşum reaksiyonunu tanımak için dikkate alınması gereken önemli ayrıntılar şunlardır:
- Yalnızca bir ürün olmalıdır (bu durumda H 2 O).
- Çarpımın stokiyometrik katsayısı 1 olmalıdır.
- Reaktanların tümü, bileşik değil, temel maddeler (bu durumda hidrojen ve oksijen) olmalıdır.
- Mevcut her reaktanın allotropu, standart koşullar altında en kararlı allotropa karşılık gelmelidir (hidrojen elementi söz konusu olduğunda, bu moleküler hidrojen gazıdır ve oksijen söz konusu olduğunda moleküler oksijen gazıdır).
Standart durumdaki öğeler
Standart koşullar altında ilgili en kararlı doğal hallerindeki bazı element örnekleri şunlardır:
| eleman | Standart koşullar altında en kararlı form | eleman | Standart koşullar altında en kararlı form |
| Hidrojen | H2 (g) | Oksijen | VEYA 2(g) |
| Azot | 2 (g) | flor | F2 (g) |
| Klor | CI 2(g) | Brom | Br 2(l) |
| İyot | ben 2(ler) | Merkür | Hg (l) |
| Karbon | C (evet, grafiti) | Kükürt | S (s, eşkenar dörtgen) |
| Gümüş | ağ (lar) | Ütü | inanç (lar) |
entalpi nedir?
Entalpi, kimyasal bir bileşik, bir piston içindeki basınçlı gaz veya hatta bir yıldızın etrafında dönen bir gezegen gibi bir sistemi karakterize eden bir durum işlevidir. Bu özellik H sembolü ile temsil edilir (İngilizce ısı, ısı kelimesinden gelir ) ve termodinamik açıdan bir sistemin iç enerjisinin toplamı (U) ile basıncının çarpımı olarak tanımlanır. . ve hacmi (ürün PV). Demek ki:
İdeal gazlar gibi çok basit sistemler dışında, mutlak entalpi (H) deneysel olarak ölçülemez veya kolayca hesaplanamaz. Bunun nedeni, nispeten karmaşık sistemler için, sistemi oluşturan parçacıklar arasındaki etkileşimlerden gelen çok fazla değişkenin dikkate alınması gerektiğinden, iç enerjinin (U) belirlenmesinin son derece karmaşık olmasıdır.
Bununla birlikte, bir sonraki bölümde görüleceği gibi, farklı süreçler sırasındaki entalpi değişimi deneysel olarak ölçülebilir, bu da oluşum entalpilerinin önemli bir rol oynadığı bağıl entalpi değerlerinin oluşturulmasına izin verir.
Tepkime ısısı mı yoksa tepkime entalpisi mi?
Entalpinin termodinamik tanımından dolayı (H=U+PV), sabit basınçta gerçekleştirilen bir işlemin entalpi değişiminin (ΔH), söz konusu işlem sırasında sistem tarafından salınan veya emilen ısıya eşit olduğu matematiksel olarak gösterilebilir. işlem. Yani genel olarak:
burada Q P sabit basınçta ısıyı temsil eder. Bu, H’yi ölçemesek de, ısı ölçülebildiği için ΔH’yi ölçebileceğimiz anlamına gelir. Benzer bir şey, doğrudan bir voltmetre ile ölçemediğimiz, ancak voltajdaki farkı, ΔV ölçebildiğimiz elektrik potansiyeli veya voltajı V ile olur. Bu, sıfır değerini ilişkilendirdiğimiz bir referans sistemi bulmamız veya tanımlamamız koşuluyla, göreli bir entalpi ölçeği oluşturma olasılığını açar.
Voltaj durumunda, sıfır genellikle toprak voltajıdır. Entalpi durumunda sıfır, standart hallerindeki saf elementlerden veya 25°C’de en kararlı doğal allotroptan oluşur.
Pro İpucu: Bir prosesin entalpisinden oluşum reaksiyonu olarak bahsetmenin doğru yolu, bir ΔH olduğu için “entalpi değişimi” olmalıdır. Bu, mutlak entalpiden veya H’den ayırt edilmesini sağlar. Bununla birlikte, oluşum reaksiyonu, açıkça bir başlangıç durumundan son bir duruma geçiş süreci olduğu için, “varyasyon” kelimesi söylemeye gerek yok. Bu nedenle, ne zaman bir sürecin entalpisinden söz edilse, ΔH’nin değerinden söz edilirken, belirli bir durumda saf bir madde olarak bir sistemin entalpisinden söz edildiğinde, mutlak entalpiden (H) söz edilir. .
oluşum ısısı birimleri
Entalpi, enerji ve PV ürününün toplamı olduğundan ve ayrıca entalpi farkı sabit basınçtaki ısıyı da temsil ettiğinden, oluşum ısısı birimleri mol başına enerji birimleridir ([Enerji]/mol veya [Enerji ].mol). -1 ). Çoğu durumda birimler kJ.mol -1’dir , ancak bazı durumlarda kcal.mol -1 de kullanılır.
Oluşum ısısı nasıl ölçülür?
Bir kimyasal maddenin oluşum ısısı genellikle doğrudan ölçülmez, çünkü çoğu durumda oluşum reaksiyonunu gerçekleştirmek mümkün değildir. Hidrojen gazı yakılarak su oluşumu veya karbon grafit yakılarak karbondioksit oluşumu gibi laboratuvarda yalnızca bir avuç oluşum reaksiyonu gerçekleştirilebilir .
Ancak grafit karbon ve hidrojenden doğrudan benzen gibi kimyasal bir bileşik elde etmek mümkün değildir. Bu sorunun çözümü Hess Yasasında bulunur . Bunun yerine, maddenin dahil olduğu bir reaksiyonun ısısının ölçülmesi ve bu aynı zamanda oluşum entalpilerini bildiğimiz maddeleri de içerir. Çok yaygın bir örnek, yanma reaksiyonlarını kullanmaktır, çünkü oksijen oluşumunun entalpisi tanım gereği sıfırdır ve az önce açıkladığımız gibi su ve karbondioksitinkiler doğrudan ölçülebilir.
Örnek:
Benzenin ( C6H6 ) oluşum ısısını belirlemek istediğimizi varsayalım . Bu durumda kimyasal denklemi aşağıda verilen benzenin yanmasını gerçekleştirecek ve reaksiyonun entalpisini ölçeceğiz:
Daha sonra, Hess Yasasını ve C02 ve H20 oluşum ısılarını kullanarak , benzen oluşum ısısı şu şekilde olur:
Ancak yanma gibi reaksiyonların entalpisi nasıl ölçülür? Kalorimetri adı verilen bir teknik kullanılarak yapılır.
kalorimetri
Reaksiyon entalpileri kalorimetri ile ölçülür. Bu teknik, bilinen toplam ısı kapasitesine ( C Cal ) sahip bir kalorimetre içinde bir kimyasal reaksiyonun gerçekleştirilmesini ve daha sonra reaksiyon tarafından salınan veya emilen ısı nedeniyle kalorimetrenin sıcaklığındaki değişikliğin ölçülmesini içerir (ΔT = T f – T ben ). Bu sıcaklık değişimi, aşağıdaki denklem kullanılarak kalorimetre tarafından salınan veya emilen ısı miktarını (reaksiyon tarafından emilen veya salınan ısının negatifidir) hesaplamak için kullanılır:
Sabit basınçta çalışanlar ve sabit hacimde çalışanlar olmak üzere iki ana tip kalorimetre vardır. Sabit basınçlı kalorimetri durumunda, önceki denkleme göre hesaplanan ısı doğrudan reaksiyon entalpisini ölçer (Q r = Δ r H° = – Q Cal ), sabit basınçtaki bir prosesin entalpisinin ısıya eşit olduğunu unutmayın söz konusu süreç). Ancak bu tekniği uygulamak her zaman kolay olmuyor.
Sabit hacimli kalorimetreler daha yaygın ve kullanımı daha kolaydır. Aşağıdaki şekil, parçalarını gösteren tipik bir sabit hacimli kalorimetrenin şemasını göstermektedir.
Sabit hacim kalorimetrisinde ölçülen ısı, entalpiyi değil, reaksiyon nedeniyle sistemin iç enerjisindeki değişimi temsil eder. Bununla birlikte, bu, aşağıdaki denklem aracılığıyla reaksiyonun entalpisi ile ilgilidir:
Burada Δrn gazı , ilgili kimyasal reaksiyonun ürünleri ve reaktanları arasındaki gazların mol sayısındaki değişimi temsil eder. Bu denklemden reaksiyon entalpisi aşağıdaki gibi elde edilir:
Oluşum entalpisi veya oluşum ısısı ne için kullanılır?
#1 Reaksiyon entalpilerini belirlemek için kullanılır.
Entalpi, entalpinin bir durum fonksiyonu olduğu gerçeğini ifade etmenin bir yolu olan Hess Yasasına uyar. Bu yasa , “bir kimyasal reaksiyon sırasında reaktanlar ürünlere dönüştürüldüğünde, reaksiyonun tek bir adımda veya birden fazla adımda gerçekleştirilmesine bakılmaksızın entalpi değişiminin aynı olduğunu belirtir . Başka bir deyişle, Hess yasası entalpi değişiminin girenlerden ürünlere giden yoldan bağımsız olduğunu belirtir.
Hess Yasasının sonuçlarından biri, var olan herhangi bir bileşik için oluşum reaksiyonlarını yazabileceğimiz ve oluşum reaksiyonlarını istediğimiz zaman manipüle edebileceğimiz için, değişiklikler değiştirilmiş reaksiyonların entalpisine yansıdığı sürece, entalpisini yazabiliriz. reaksiyonda yer alan reaktanların ve ürünlerin oluşum entalpileri açısından herhangi bir kimyasal reaksiyon. Genel olarak, aşağıdaki gibi genel bir reaksiyon için bunu yazabiliriz:
reaksiyon entalpisi (Δ r H°) şu şekilde verilir:
Veya daha genel olarak:
Burada νj ve νi sırasıyla her ürünün ve reaktanın stokiyometrik katsayılarını temsil eder ve ΔfHj ° ve ΔfHi ° sırasıyla her ürünün ve reaktanın oluşum ısılarını temsil eder.
#2 Standart hallerinde kimyasal maddelerin göreli entalpi değerini temsil ederler.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, standart hallerindeki saf elementler veya 25 °C’deki en kararlı doğal allotrop, bağıl entalpi ölçeğinin belirlenmesi için referans noktasını temsil eder. Bunun nedeni, oluşum reaksiyonlarının tanımı verildiğinde, en kararlı doğal hallerinde saf elementlerin oluşum entalpisinin sıfır olması gerektiğidir, çünkü oluşum reaksiyonları aynı reaktant ve aynı ürüne sahip olacaktır (bu bir boş reaksiyon olacaktır).
Bu oluşum reaksiyonu aslında herhangi bir durum değişikliği içermediğinden, bu reaksiyonun nihai entalpi eksi başlangıç entalpisine eşit olan entalpisi sıfır olmalıdır, çünkü her iki durum da eşittir.
Örneğin, 25°C’de oksijen gazı oluşumu için verilen reaksiyon şu şekilde verilir:
Daha sonra, oksijen oluşum entalpisine eşit olması gereken bu reaksiyonun entalpisi şu şekilde verilir:
Bu, daha önce gördüğümüz gibi reaksiyon entalpilerini ölçmemizi sağlar.
Benzer bir mantıkla elementlerin en kararlı doğal hallerindeki mutlak entalpilerini de sıfır olarak tanımlayabiliriz ve bunu yaparken farklı maddelerin oluşum entalpileri (Δ f H X °) aşağıdaki maddelerin bağıl entalpileri haline gelir . standart koşullar (H X °).
Örneğin, yukarıda sunulan su oluşumu durumu için:
Hidrojen ve oksijen entalpilerini sıfır olarak tanımlarsak, o zaman suyun oluşum entalpisinin bu bağıl ölçekte suyun standart entalpisine eşit olduğunu elde ederiz:
Bu entalpi çok önemlidir, çünkü entalpi değişimlerinin hesaplanması veya ölçülmesi yoluyla, standart koşullardaki bu bağıl entalpileri başka herhangi bir koşul kümesindeki (örneğin, diğer sıcaklıklarda veya diğer basınçlarda) bağıl entalpilere dönüştürebiliriz. Bu, standart olmayan koşullar altında kimyasal reaksiyonların ve faz değişimlerinin enerji alışverişini incelemek için özellikle yararlıdır, bu nedenle su ve diğer çözücüler, yakıt maddeleri ve diğer kimyasal maddeler gibi yaygın olarak kullanılan maddeler için farklı sıcaklıklarda entalpi tabloları elde etmek yaygındır. ve tümü oluşum entalpilerinden hesaplanan basınçlar.
Referanslar
Atkins, P. ve dePaula, J. (2010). Atkins. Fiziksel Kimya (8. baskı ). Panamerican Medical Editoryal.
Neyse. (2021, 22 Mart). Entalpi değişiminin ölçümü . https://byjus.com/chemistry/measurement-of-enthalpy-and-internal-energy-change/
Chang, R. (2012). Kimya (11. baskı ). McGraw-Hill Eğitimi.
Encyclopaedia Britannica’nın editörleri. (2020, 9 Nisan). entalpi | Tanım, Denklem ve Birimler . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/science/enthalpy
Planas, O. (2019, 25 Eylül). entalpi nedir? Güneş enerjisi. https://solar-energia.net/termodinamica/propiedades-termodinamicas/entalpia
Ulusal Teknoloji Üniversitesi. (son). ENTALPİ BİLEŞİM ŞEMALARI . https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/integracion3/diagramas_de_entalpia_composicion.pdf
